记一次 .NET 某娱乐聊天流平台 CPU 爆高分析

​一、背景

1.讲故事

前段时间有位朋友加微信，说他的程序直接 CPU=100%，每次只能手工介入重启，让我帮忙看下到底怎么回事，哈哈，这种CPU打满的事故，程序员压力会非常大, 我让朋友在 CPU 高的时候抓 2 个 dump 下来，然后发给我分析。

创新互联不只是一家网站建设的网络公司；我们对营销、技术、服务都有自己独特见解，公司采取“创意+综合+营销”一体化的方式为您提供更专业的服务！我们经历的每一步也许不一定是最完美的，但每一步都有值得深思的意义。我们珍视每一份信任，关注我们的成都网站建设、网站制作质量和服务品质，在得到用户满意的同时，也能得到同行业的专业认可，能够为行业创新发展助力。未来将继续专注于技术创新，服务升级，满足企业一站式网络营销推广需求，让再小的高端网站设计也能产生价值！

二、WinDbg 分析

1. CPU 真的被打满了吗？

为了防止南辕北辙，一定要用 !tp 命令去验证下是不是真的 CPU 爆高。


0:000> !tp
CPU utilization: 100%
Worker Thread: Total: 21 Running: 7 Idle: 0 MaxLimit: 32767 MinLimit: 4
Work Request in Queue: 3
    AsyncTimerCallbackCompletion TimerInfo@00000000042d2430
    AsyncTimerCallbackCompletion TimerInfo@00000000042d2f90
    AsyncTimerCallbackCompletion TimerInfo@000000000420c150
--------------------------------------
Number of Timers: 0
--------------------------------------
Completion Port Thread:Total: 18 Free: 9 MaxFree: 8 CurrentLimit: 18 MaxLimit: 1000 MinLimit: 4

从卦中看确实 100%，太牛了，而且 WorkRequest 还有任务堆积现象，确认无疑后，接下来看下是谁引发的？

2. 谁导致的 CPU 爆高

根据惯例首先怀疑是不是 GC 触发所致，可以用 !t​ 查看下线程列表，观察下有没有 GC 字样。


:000> !t
ThreadCount:      53
UnstartedThread:  0
BackgroundThread: 53
PendingThread:    0
DeadThread:       0
Hosted Runtime:   no
                                                                                                        Lock  
       ID OSID ThreadOBJ           State GC Mode     GC Alloc Context                  Domain           Count Apt Exception
   4    1 1240 00000000021cdf30    2a220 Preemptive  0000000000000000:0000000000000000 00000000021d94c0 0     MTA 
  23    2 4db4 00000000041cdaa0    2b220 Preemptive  0000000000000000:0000000000000000 00000000021d94c0 0     MTA (Finalizer) 
  ...
  65  156 22f4 000000000b1a3f60  8029220 Preemptive  00000004527751F0:0000000452775EE8 00000000021d94c0 0     MTA (Threadpool Completion Port) 
  66  205 2ef8 000000000b1a1080  8029220 Preemptive  0000000157641DE0:00000001576435B0 00000000021d94c0 0     MTA (Threadpool Completion Port) 
  ...

从卦中看没有 GC​ 字样，也表明这个程序并不是由 GC 触发所致，接下来该怎么排查呢？一般来说 CPU 的爆高是由线程抬起来的，所以接下来就是看下 CPU 的档次和各个线程栈，看有没有什么新线索, 可以使用 ~*e !clrstack 。


0:000> !cpuid
CP  F/M/S  Manufacturer     MHz
 0  6,79,1     2299
 1  6,79,1     2299
 2  6,79,1     2299
 3  6,79,1     2299

0:000> ~*e !clrstack 
OS Thread Id: 0x2cc4 (68)
        Child SP               IP Call Site
000000000c14e758 00007ffadeb86e4a [GCFrame: 000000000c14e758] 
000000000c14e840 00007ffadeb86e4a [GCFrame: 000000000c14e840] 
000000000c14e878 00007ffadeb86e4a [HelperMethodFrame: 000000000c14e878] System.Threading.Monitor.Enter(System.Object)
000000000c14e970 00007ffaceb40491 System.Net.ConnectionGroup.Disassociate(System.Net.Connection) [f:\dd\NDP\fx\src\net\System\Net\_ConnectionGroup.cs @ 148]
000000000c14e9d0 00007ffaceb3fc93 System.Net.Connection.PrepareCloseConnectionSocket(System.Net.ConnectionReturnResult ByRef) [f:\dd\NDP\fx\src\net\System\Net\_Connection.cs @ 3048]
000000000c14eaa0 00007ffacf139bfb System.Net.Connection.HandleError(Boolean, Boolean, System.Net.WebExceptionStatus, System.Net.ConnectionReturnResult ByRef) [f:\dd\NDP\fx\src\net\System\Net\_Connection.cs @ 3119]
000000000c14eb00 00007ffacebc4118 System.Net.Connection.ReadComplete(Int32, System.Net.WebExceptionStatus) [f:\dd\NDP\fx\src\net\System\Net\_Connection.cs @ 3387]
000000000c14eb80 00007ffacebe3dc5 System.Net.LazyAsyncResult.Complete(IntPtr) [f:\dd\NDP\fx\src\net\System\Net\_LazyAsyncResult.cs @ 415]
000000000c14ebe0 00007ffacebe3d07 System.Net.LazyAsyncResult.ProtectedInvokeCallback(System.Object, IntPtr) [f:\dd\NDP\fx\src\net\System\Net\_LazyAsyncResult.cs @ 368]
000000000c14ec20 00007ffacf3a476f System.Net.Security._SslStream.StartFrameBody(Int32, Byte[], Int32, Int32, System.Net.AsyncProtocolRequest)
000000000c14ec80 00007ffacebb3ed8 System.Net.Security._SslStream.ReadHeaderCallback(System.Net.AsyncProtocolRequest) [f:\dd\NDP\fx\src\net\System\Net\SecureProtocols\_SslStream.cs @ 1007]
000000000c14ece0 00007ffacebae5ee System.Net.AsyncProtocolRequest.CompleteRequest(Int32) [f:\dd\NDP\fx\src\net\System\Net\SecureProtocols\_HelperAsyncResults.cs @ 142]
000000000c14ed10 00007ffacf3a3567 System.Net.FixedSizeReader.CheckCompletionBeforeNextRead(Int32)
000000000c14ed40 00007ffacebae507 System.Net.FixedSizeReader.ReadCallback(System.IAsyncResult) [f:\dd\NDP\fx\src\net\System\Net\SecureProtocols\_FixedSizeReader.cs @ 148]
000000000c14ed90 00007ffacebe3dc5 System.Net.LazyAsyncResult.Complete(IntPtr) [f:\dd\NDP\fx\src\net\System\Net\_LazyAsyncResult.cs @ 415]
000000000c14edf0 00007ffadcbe3a63 System.Threading.ExecutionContext.RunInternal(System.Threading.ExecutionContext, System.Threading.ContextCallback, System.Object, Boolean) [f:\dd\ndp\clr\src\BCL\system\threading\executioncontext.cs @ 954]
000000000c14eec0 00007ffadcbe38f4 System.Threading.ExecutionContext.Run(System.Threading.ExecutionContext, System.Threading.ContextCallback, System.Object, Boolean) [f:\dd\ndp\clr\src\BCL\system\threading\executioncontext.cs @ 902]
000000000c14eef0 00007ffadcbe38c2 System.Threading.ExecutionContext.Run(System.Threading.ExecutionContext, System.Threading.ContextCallback, System.Object) [f:\dd\ndp\clr\src\BCL\system\threading\executioncontext.cs @ 891]
000000000c14ef40 00007ffaceba60cf System.Net.ContextAwareResult.Complete(IntPtr) [f:\dd\NDP\fx\src\net\System\Net\_ContextAwareResult.cs @ 463]
000000000c14ef90 00007ffacebe3d07 System.Net.LazyAsyncResult.ProtectedInvokeCallback(System.Object, IntPtr) [f:\dd\NDP\fx\src\net\System\Net\_LazyAsyncResult.cs @ 368]
000000000c14efd0 00007ffaceba5e2f System.Net.Sockets.BaseOverlappedAsyncResult.CompletionPortCallback(UInt32, UInt32, System.Threading.NativeOverlapped*) [f:\dd\NDP\fx\src\net\System\Net\Sockets\_BaseOverlappedAsyncResult.cs @ 399]
000000000c14f040 00007ffadcc2ffef System.Threading._IOCompletionCallback.PerformIOCompletionCallback(UInt32, UInt32, System.Threading.NativeOverlapped*) [f:\dd\ndp\clr\src\BCL\system\threading\overlapped.cs @ 135]
000000000c14f1f0 00007ffade9a6d93 [GCFrame: 000000000c14f1f0] 

OS Thread Id: 0x5d6c (70)
        Child SP               IP Call Site
000000000943e920 00007ffacf139bfb System.Net.Connection.HandleError(Boolean, Boolean, System.Net.WebExceptionStatus, System.Net.ConnectionReturnResult ByRef) 

OS Thread Id: 0x4ad4 (75)
        Child SP               IP Call Site
...
000000000c94e5a0 00007ffacf139bfb System.Net.Connection.HandleError(Boolean, Boolean, System.Net.WebExceptionStatus, System.Net.ConnectionReturnResult ByRef)
...

OS Thread Id: 0x1d70 (80)
        Child SP               IP Call Site
...
000000000d24e3a0 00007ffacf139bfb System.Net.Connection.HandleError(Boolean, Boolean, System.Net.WebExceptionStatus, System.Net.ConnectionReturnResult ByRef) [f:\dd\NDP\fx\src\net\System\Net\_Connection.cs @ 3119]
...

从线程栈上看，这个 CPU 是 4个核，刚好对应着 4 个 HandleError​ 报错，看样子是什么网络出问题了，接下来切到 80 号线程看一下有没有什么异常类。


0:000> ~80s
clr!AwareLock::Contention+0x194:
00007ffa`deb86e40 4883e801        sub     rax,1
0:080> !mdso
Thread 80:
Location          Object            Type
------------------------------------------------------------
000000000d24e098  000000015765e028  System.Net.WebException
000000000d24e0f8  0000000340b07110  System.Collections.ArrayList
000000000d24e110  000000015765e2b8  System.Net.HttpWebRequest[]
000000000d24e1c0  0000000340b070b8  System.Net.ConnectionGroup
000000000d24e258  0000000144a79678  System.Net.Connection

0:080> !mdt 000000015765e028
000000015765e028 (System.Net.WebException)
    _className:NULL (System.String)
    _exceptionMethod:NULL (System.Reflection.MethodBase)
    _exceptionMethodString:NULL (System.String)
    _message:000000015765df70 (System.String) Length=77, String="The underlying connection was closed: The connection was closed unexpectedly."
    ...

果然看到了 System.Net.WebException​, 从异常信息看貌似是 连接关闭了​，到这里我就有了一个大胆的猜测，是不是高频的异常输出导致的 CPU 爆高呢？为了验证，可以到托管堆上找下 WebException 的个数。


0:080> !dumpheap -stat
Statistics:
              MT    Count    TotalSize Class Name
...
00007ffacecc38b0    13315      2343440 System.Net.WebException
00007ffadcdf6570    11369      1909992 System.IO.IOException
00007ffadcdf5fb8    13380      2247840 System.ObjectDisposedException
...

看到这么多异常还是挺吓人的，刚好朋友抓了两个dump可以做个比较。


0:048> !dumpheap -stat
Statistics:
              MT    Count    TotalSize Class Name
00007ffacecc38b0    26745      4707120 System.Net.WebException
00007ffadcdf6570    26722      4489296 System.IO.IOException
00007ffadcdf5fb8    28745      4829160 System.ObjectDisposedException

可以看到，2 min 之内异常增加了合计 4w​ 左右，这就验证了程序确实是疯狂的抛异常，在 Windows 平台上不管是硬件异常​还是软件异常都由 Windows SEH 异常处理框架统一处理，会出现用户态和内核态的切换，这样疯狂的抛出，必然会导致 CPU 爆高，终于找到原因了，接下来就是寻找诱发因素。

3. 异常是谁诱发的

再回头看 HandleError​ 函数的调用栈都是底层的库函数，从线程栈的 PerformIOCompletionCallback​ 函数来看是 IO线程​ 诱发的，能被 IO 线程兜到是因为这是做了异步处理，既然是 异步​，自然 OverlappedData 也会非常多。


0:080> !gchandles -stat
Statistics:
              MT    Count    TotalSize Class Name
00007ffadc6f7b98    14511      1625232 System.Threading.OverlappedData
Total 17550 objects

Handles:
    Strong Handles:       426
    Pinned Handles:       23
    Async Pinned Handles: 14511
    Ref Count Handles:    24
    Weak Long Handles:    2430
    Weak Short Handles:   132
    SizedRef Handles:     4

说明此时有大概 1.5w 的异步请求待回头，请求量还是蛮大的，但还是没找到异常的用户代码，只能找下到底是谁发起了什么请求。


0:080> !mdso
Thread 80:
Location          Object            Type
------------------------------------------------------------
...
000000000d24e488  0000000358c57918  System.Net.HttpWebRequest
000000000d24e2e8  00000001407b5b40  System.String  "net_io_readfailure"
...

0:080> !mdt -r:2 0000000358c57918
0000000358c57918 (System.Net.HttpWebRequest)
    _Uri:0000000358c57210 (System.Uri)
        m_String:00000002407ee430 (System.String) Length=98, String="https://api.xxxx/peer_messages"
        ....

可以看到请求的连接是 https://api.xxxx/peer_messages​，是一个第三方的API接口， 由于底层的连接关闭，导致了最后 net_io_readfailure。

把所有的信息整合一下就是：

当请求量大了之后，访问 https://api.xxxx/peer_messages​ 会出问题，对方关闭了底层连接，导致客户端这边请求出现了大量 IO 回调异常：IOException: Unable to read data from the transport connection: The connection was closed.​，2min之间多达合计 4w​ 的异常抛出，进而引发 CPU 爆高，将信息告诉了朋友，让朋友重点关注下 https://api.xxxx/peer_messages 这个连接。

三、总结

这次生产事故主要是由于高峰期请求量过大，由于某种原因 Socket 连接关闭，导致了大量的异步回调异常。

解决方法在调用端做好限流，据朋友说减少了不必要的 https://api.xxxx/peer_messages 调用，目前没有出现 CPU 爆高现象。

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本文网址：http://www.shufengxianlan.com/qtweb/news10/1310.html

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